JP3655172B2 - 車両用制動装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、車両の姿勢制御を行いながら制動動作を行うことができる車両用制動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両の姿勢制御のための手段の１つに、ＡＢＳシステム（アンチロック・ブレーキ・システム）を利用して、４つの車輪の制動圧を個別制御する手法がある。すなわち、４つの車輪の制動圧の個別制御により、車両のヨーレートまたは横加速度を制御することができ、これにより、車両挙動の不安定化を防止できる。とくに、氷上のような低摩擦路面上では、舵取り機構による姿勢制御（ステアリング姿勢制御）よりも制動圧の制御による姿勢制御（ブレーキ姿勢制御）の方が有効である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ＡＢＳシステムは、ブレーキペダルを強く踏み込んで最大制動指令が与えられたときに、車輪がロックすることを防ぎつつ理想的な制動動作を実現し、最短の制動距離を実現しようとする装置である。
しかし、いわゆるμスプリット路上では、車両挙動を安定化させようとすると、最大制動力を発生させることができない。μスプリット路とは、車両の右側と左側とで路面の摩擦係数が著しく異なる路面をいい、たとえば、右側車輪が乾いたアスファルト路上にあり、左側車輪が氷面上にある場合が典型例である。このような、μスプリット路上においては、高μ（高摩擦係数）側に大きな制動圧を与えると、大きなヨーモーメントが発生して、車両が容易にスピンしてしまう。そのため、大きな制動力を得ることができる高μ側車輪の制動圧を弛めて、車両挙動の安定化を優先させざるをえない。これにより、減速度の低下が余儀なくされ、制動距離および制動時間が長くなってしまうという問題がある。
【０００４】
そこで、この発明の目的は、上述の技術的課題を解決し、μスプリット路上における良好な制動動作を実現することができる車両用制動装置を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
上記の目的を達成するための請求項１記載の発明は、車両の舵取り機構（２，３）の動作を制御することによって、車両挙動の安定化を図る第１の姿勢制御手段（２０）と、車両の車輪に制動力を与える制動機構（５３，５４）を制御することによって、車両挙動の安定化を図る第２の姿勢制御手段（６０）と、制動指令が入力されたときに、上記第１の姿勢制御手段によって車両挙動の安定化のための姿勢制御が行われていることを条件に、上記制動機構に最大制動力を発生させる制動制御手段（６０）とを含むことを特徴とする車両用制動装置である。括弧内の英数字は、後述の実施形態における対応構成要素等を表す。以下、この項において同じ。
【０００６】
上記の構成によれば、舵取り機構の制御により車両挙動の安定化が図られていることを条件に、制動指令の入力に応答して、最大制動力での制動が行われる。これにより、車両の姿勢制御が行われた安定な状態で、高い減速度を得ることができ、制動距離および制動時間を短縮できる。
上記舵取り機構は、ステアリングホイールなどの操舵用操作部材（１）と舵取り機構との機械的な結合が無いか、またはこのような機械的な結合を必要に応じて解除することができるように構成されていることが好ましい。このような構成であれば、操舵用操作部材の操作に対応して舵取り機構を電気的に制御することで、運転者の意図に応じた操舵制御ができ、かつ、操舵用操作部材の操作に依存しない操舵制御により車両挙動の安定化を図ることが容易である。たとえば、操舵用操作部材の操作トルクまたは操作角に対応する目標ヨーレートまたは目標横加速度を求め、これらに基づいて舵取り機構の動作を電気的に制御することによって、車両の姿勢制御を行うことができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、この発明の一実施形態に係る車両用制動装置の基本的な構成を説明するための概念図である。この車両用制動装置は、車両用操舵装置と協働することにより、車両挙動の安定化を図りつつ、車両の制動動作を改善するように構成されている。
【０００８】
車両用操舵装置は、ステアリングホイール（操舵用操作部材）１の回転操作に応じて駆動される操舵用アクチュエータ２の動作をステアリングギア３によって前部左右車輪４Ｆ（舵取り車輪）の転舵運動に変換することによって、ステアリングホイール１とステアリングギア３とを機械的に連結することなく、操舵を達成している。この場合に、操舵用アクチュエータ２およびステアリングギア３などにより、舵取り機構が構成されている。
【０００９】
操舵用アクチュエータ２は、たとえば公知のブラシレスモータ等の電動モータにより構成することができる。ステアリングギア３は、操舵用アクチュエータ２の出力シャフトの回転運動をステアリングロッド７の軸方向（車幅方向）の直線運動に変換する運動変換機構（ボールねじ機構など）を有する。ステアリングロッド７の運動は、タイロッド８を介してナックルアーム９に伝達され、このナックルアーム９の回動を引き起こす。これにより、ナックルアーム９に支持された車輪４Ｆの転舵が達成される。
【００１０】
ステアリングホイール１は、車体に対して回転可能に支持された回転シャフト１０に連結されている。この回転シャフト１０には、ステアリングホイール１に操舵反力を与えるための反力アクチュエータ１９が付設されている。具体的には、反力アクチュエータ１９は、回転シャフト１０と一体の出力シャフトを有するブラシレスモータ等の電動モータにより構成することができる。
回転シャフト１０のステアリングホイール１とは反対側の端部には、渦巻きばねなどからなる弾性部材３０が車体との間に結合されている。この弾性部材３０は、反力アクチュエータ１９がステアリングホイール１にトルクを付加していないときに、その弾性力によって、ステアリングホイール１を直進操舵位置に復帰させる。
【００１１】
ステアリングホイール１の操作入力値を検出するために、回転シャフト１０の回転角に対応する操作角δhを検出するための角度センサ１１が設けられている。また、回転シャフト１０には、ステアリングホイール１に加えられた操作トルクＴを検出するためのトルクセンサ１２が設けられている。
一方、操舵用アクチュエータ２の出力値を検出するための出力値センサとして、車輪４Ｆの転舵角δを検出する転舵角センサ１３が設けられている。この転舵角センサ１３は、操舵用アクチュエータ２によるステアリングロッド７の作動量を検出するポテンショメータなどで構成することができる。
【００１２】
角度センサ１１、トルクセンサ１２および転舵角センサ１３は、コンピュータ（ＥＣＵ：電子制御ユニット）を含むステアリング系制御装置２０（第１の姿勢制御手段、舵取り制御手段）に接続されている。
ステアリング系制御装置２０は、駆動回路２２，２３を介して操舵用アクチュエータ２と反力アクチュエータ１９とを制御する。ステアリング系制御装置２０には、さらに、車両の横加速度Ｇyを検出するための横加速度センサ１５と、車両のヨーレートγを検出するヨーレートセンサ１６と、車速Ｖを検出する速度センサ１４とが接続されている。
【００１３】
一方、ステアリング系制御装置２０は、車両の制動を制御するための走行系制御装置６０（第２の姿勢制御手段）と、通信回線５０を介して通信を行い、データを授受するようになっている。そして、横加速度センサ１５、ヨーレートセンサ１６および速度センサ１４で検出された横加速度Ｇy、ヨーレートγおよび車速Ｖを表すデータは、ステアリング系制御装置２０内で利用されるとともに、通信回線５０を介して走行系制御装置６０にも伝送されるようになっている。
【００１４】
ブレーキペダル５１の踏力に応じた制動圧は、マスターシリンダ５２によって発生され、この制動圧は、制動圧制御ユニット５３（制動機構）によって増幅されるとともに、前車輪４Ｆおよび後車輪４Ｒの各ブレーキ装置５４（制動機構）に分配されて、各ブレーキ装置５４が各車輪４Ｆ，４Ｒに制動力を作用させるようになっている。そして、制動圧制御ユニット５３が、コンピュータ（ＥＣＵ）により構成される走行系制御装置６０によって制御されることにより、各車輪４Ｆ，４Ｒの制動圧が個別に制御されるようになっている。
【００１５】
走行系制御装置６０には、ステアリング系制御装置２０の他に、各車輪４Ｆ，４Ｒの制動力を個別に検出する制動力センサ６１と、各車輪４Ｆ，４Ｒの各回転速度を個別に検出する車輪速センサ６２とが接続されている。
走行系制御装置６０は、車輪速センサ６２によって検出される各車輪４Ｆ，４Ｒの回転速度と制動力センサ６１によるフィードバック値とに応じて、制動圧を増幅するとともに分配することができるように制動圧制御ユニット５３を制御する。これにより、各車輪４Ｆ，４Ｒの制動力を個別に制御することが可能とされている。なお、制動圧制御ユニット５３は、ブレーキペダル５１の操作がなされていない場合でも、内蔵のポンプにより制動圧を発生することができるように構成されている。
【００１６】
ステアリング系制御装置２０および走行系制御装置６０は、それぞれ、車両挙動の安定化のための姿勢制御を行う。すなわち、ステアリング系制御装置２０は、操舵用アクチュエータ２を制御することによって、車両挙動の安定化を図る。具体的には、ステアリングホイール１の操作角δｈに基づいて、目標ヨーレートが演算され、ヨーレートセンサ１６によって検出される車両のヨーレートγを目標ヨーレートに収束させるべく、前輪４Ｆの方向を制御する。
【００１７】
これに対して、走行系制御装置６０は、車両の旋回半径の内方側または外方側の車輪における制動圧の大小を制御することによって、車両のヨーレートγを目標ヨーレートに収束させ、車両の姿勢制御を実現する。
図２は、ブレーキペダル５１を踏み込んで制動指令を与えたときの動作を説明するためのフローチャートである。ブレーキペダル５１の操作を、図示しないブレーキペダルスイッチによる判別や、発生した制動力を制動力センサ６１が判別することで、制動指令が入力されると、走行系制御装置６０は、通信回線５０を介してステアリング系制御装置２０からの情報を得ることにより、ステアリング系制御装置２０による姿勢制御が作動中かどうかを判断する（ステップＳ１）。
【００１８】
ステアリング系制御装置２０による姿勢制御が作動中であれば、走行系制御装置６０は、制動圧の制御による姿勢制御を中断または姿勢制御ゲインを小さくして、制動圧制御ユニット５３に最大制動力を発生させるために車輪毎に車輪がロック兆候を示すまで増圧の指令信号を入力する（ステップＳ２）。これによって、舵取り機構の制御による姿勢制御が行われつつ、最大制動力となる制御が行われる。
【００１９】
制動指令が入力されたときに、ステアリング系制御装置２０が舵取り機構の制御による姿勢制御動作を行っていないときには（ステップＳ１のＮＯ）、走行系制御装置６０は、車両挙動の安定化を図りながら制動を行うための制御指令を、制動圧制御ユニット５３に与える（ステップＳ３）。この場合には、路面の状態によっては、必ずしも最大制動力が発生されるとは限らない。
図３は、いわゆるμスプリット路上における制動の様子を説明するための図解図である。μスプリット路面７０は、車両８０の進行方向８５の右側が乾いたアスファルトの路面のような高μ路面７１であり、車両８０の進行方向８５の左側の路面が、氷面のような低μ路面７２である。
【００２０】
車両８０の右側車輪が高μ路面７１上にあり、左側車輪が低μ路面７２上にある状態で、ブレーキペダル５１を踏み込むと、車両８０には、矢印８１方向のヨーモーメントが生じる。この矢印８１方向のヨーモーメントを打ち消すべく、ステアリング系制御装置２０および走行系制御装置６０がそれぞれ姿勢制御動作を行う。
ただし、ブレーキペダル５１を踏み込んで制動指令を入力すると、上述の図２のフローチャートに示されているとおり、ステアリング系制御装置２０による姿勢制御が行われていることを条件に、走行系制御装置６０は、その制動力の調整による姿勢制御を一時的に中止または弱くする。そして、走行系制御装置６０は、最大制動力を発生させるべく制動圧制御ユニット５３を制御する。
【００２１】
制動期間中において、ステアリングホイール１を意識的に可能な限り中立位置に保持すると、車両８０は、ライン８３に沿った曲線軌跡を描き、乾いたアスファルト路面である高μ路面７１上に停止する。これに対して、通常の運転状況では、運転者は、車両８０を進行方向８５に向けようとしてステアリングホイール１を操作する。この場合の車両８０の軌跡は、参照符号８２で示すように、ほぼ直線となり、車両８０は、高μ路面７１および低μ路面７２に跨る位置に停止する。
【００２２】
下記表１に、本件発明者による実験結果を示す。
この表１には、時速５０kmでμスプリット路面７０上を走行中の車両８０においてブレーキペダル５１を踏み込んで制動操作を行った場合の減速度、制動距離および制動時間が示されている。この場合に、運転者は、車両８０を進行方向８５に向けるための修正操舵を行いながら急制動操作を行った（すなわち、参照符号８２で示す軌跡の場合）。
【００２３】
【表１】

【００２４】
この表１において、「最大制動」とは、図２のフローチャートに示す処理によってμスプリット路面７０上で、車両８０に最大制動力を与えた場合を示す。また、「従来制動」とは、ブレーキ姿勢制御を行いながら制動を行うための指令を制動圧制御ユニット５３に与えた場合を示す。
表１に示された実験結果から、この実施形態の制御を導入することによって、急制動操作時における減速度が著しく改善され、それに応じて制動距離および制動時間が短縮されていることが理解される。
【００２５】
この実験の際、「最大制動」時において、運転者は、「従来制動」時と同様に、時間的余裕を持って修正操舵を行うことができた。その結果、車両の安定性を保持しながら、車両を進行方向に向けた状態で安定に停車させることができた。以上のようにこの実施形態によれば、ステアリング系制御装置２０による姿勢制御が行われていることを条件に、制動操作時には、走行系制御装置６０が制動圧制御ユニット５３に最大制動力を発生させるための指令信号を与えるようになっている。これによって、μスプリット路面上で制動操作を行った場合であっても、車両のスピンを起こさせることなく短い距離で車両を停止させることができる。これにより、車両の安全性が向上される。
【００２６】
ステアリング系制御装置２０による姿勢制御が行われていない状態で最大制動圧を車輪４Ｆ，４Ｒに与えれば、μスプリット路面上では、車両は容易にスピンしてしまう。そこで、この実施形態では、ステアリング系制御装置２０が姿勢制御を行っていない場合には、走行系制御装置６０により姿勢制御を行いつつ車両の制動を行うようにしている。したがって、車両の挙動が不安定になることがないので、車両が制御不能な危険な状態に陥ることがない。
【００２７】
以上、この発明の一実施形態について説明したが、この発明は他の形態で実施することもできる。たとえば、上述の実施形態では、舵取り機構とステアリングホイール１とが機械的に結合されていない、いわゆるステア・バイ・ワイヤシステムを例にとったが、ステアリングホイール１と舵取り機構とが機械的に連結されている車両用操舵装置に対してもこの発明を適用することができる。たとえば、舵取り機構に操舵補助力を与えるためのパワーステアリング装置を用いて、操舵輪の転舵角を制御することによって車両の姿勢制御を行うことができる。また、ステアリングホイール１と舵取り機構との間にクラッチを介装して、ステアリングホイール１と舵取り機構とを必要に応じて機械的に連結したり、この連結を解除したりすることができる構成が採用されてもよい。
【００２８】
さらに、走行系制御装置６０は、上述の実施形態では、ＡＢＳ制御装置として動作するものであることとしたが、走行系制御装置６０は必ずしもアンチロック・ブレーキ制御を行うものである必要はない。すなわち、走行系制御装置６０として、制動力を調整することによって車両の姿勢制御を行うものが用いられている限りにおいて、この発明を適用することができる。
その他、特許請求の範囲に記載された技術的事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態に係る車両用制動装置の基本的な構成を説明するための概念図である。
【図２】ブレーキペダルを踏み込んで制動指令を与えたときの動作を説明するためのフローチャートである。
【図３】いわゆるμスプリット路上における制動の様子を説明するための図解図である。
【符号の説明】
１ ステアリングホイール
２ 操舵用アクチュエータ
３ ステアリングギア
４Ｆ 前車輪
４Ｒ 後車輪
１１ 角度センサ
１２ トルクセンサ
１３ 転舵角センサ
１４ 速度センサ
１５ 横加速度センサ
１６ ヨーレートセンサ
１９ 反力アクチュエータ
２０ ステアリング系制御装置
５０ 通信回線
５１ ブレーキペダル
５２ マスターシリンダ
５３ 制動圧制御ユニット
５４ ブレーキ装置
６０ 走行系制御装置
６１ 制動力センサ
６２ 車輪速センサ
７０ μスプリット路面
７１ 高μ路面
７２ 低μ路面
８０ 車両

Claims (1)

1. 車両の舵取り機構の動作を制御することによって、車両挙動の安定化を図る第１の姿勢制御手段と、
   車両の車輪に制動力を与える制動機構を制御することによって、車両挙動の安定化を図る第２の姿勢制御手段と、
   制動指令が入力されたときに、上記第１の姿勢制御手段によって車両挙動の安定化のための姿勢制御が行われていることを条件に、上記制動機構に最大制動力を発生させる制動制御手段とを含むことを特徴とする車両用制動装置。

Images